En teoría, un qubit se realiza mediante cualquier sistema (idealizado) de dos niveles con elementos básicos típicamente etiquetados como 0 y 1. Se han hecho muy buenas aproximaciones de esta construcción teórica en una variedad de sistemas físicos. Sin embargo, ninguna de estas realizaciones físicas coincide con el sistema idealizado de dos niveles. Específicamente, el sistema físico del host, por ejemplo, átomo, fotón, circuito, etc. siempre tiene grados de libertad adicionales que no son parte de la codificación original.
Para una codificación típica en sistemas atómicos, el núcleo y los electrones actúan juntos para formar niveles hiperfinos que se aproximan a un sistema de dos niveles. Sin embargo, el átomo completo tiene números cuánticos adicionales que se requieren para describir su estado cuántico.
Como otro ejemplo, los fotones codificados por polarización necesariamente tienen grados de libertad espectrales y espaciales que se requieren para describir el estado fotónico completo, a pesar de que el estado de polarización es el grado de libertad que transporta la información.
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En todos los casos, los grados auxiliares de libertad afectan la fidelidad y a menudo son la fuente de errores en la práctica de la computación cuántica.
En este sentido, una pregunta sobre el ‘qubit más pequeño’ podría estar equivocada. El qubit en sí mismo es una construcción teórica.
Pero su pregunta es cuál es la partícula más pequeña en la que se ha codificado un qubit. Si el más pequeño se refiere a la masa, entonces un qubit fotónico no tiene masa y, por lo tanto, el más pequeño.
Si el más pequeño se refiere al volumen del sistema físico, entonces un solo electrón es el más pequeño, por ejemplo, el electrón en el experimento de popa gerlach.
Si el más pequeño se refiere a la extensión del sistema físico, así como al aparato de control óptico o electrónico que maneja el sistema físico, las vacantes de nitrógeno en el silicio dopado con diamante o fósforo podrían ser los sistemas qubit empaquetados más pequeños.
